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飞艇红外探测系统探测高超声速目标性能研究

杨虹 张雅声 丁文哲

杨虹, 张雅声, 丁文哲. 飞艇红外探测系统探测高超声速目标性能研究[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(5): 596-605. doi: 10.3788/CO.20160905.0596
引用本文: 杨虹, 张雅声, 丁文哲. 飞艇红外探测系统探测高超声速目标性能研究[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(5): 596-605. doi: 10.3788/CO.20160905.0596
YANG Hong, ZHANG Ya-sheng, DING Wen-zhe. Detectability of airship infrared detection system to hypersonic vehicle[J]. Chinese Optics, 2016, 9(5): 596-605. doi: 10.3788/CO.20160905.0596
Citation: YANG Hong, ZHANG Ya-sheng, DING Wen-zhe. Detectability of airship infrared detection system to hypersonic vehicle[J]. Chinese Optics, 2016, 9(5): 596-605. doi: 10.3788/CO.20160905.0596

飞艇红外探测系统探测高超声速目标性能研究

doi: 10.3788/CO.20160905.0596
基金项目: 

国家高技术研究发展计划(863计划)资助 

详细信息
    作者简介:

    杨虹(1991-), 女, 四川绵竹人, 硕士研究生, 主要从事航天任务分析与设计方面的研究.E-mail:1558513572@qq.com

    通讯作者:

    张雅声(1974-), 女, 安徽淮南人, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事航天任务分析与设计方面的研究.E-mail:13521219203@139.com

  • 中图分类号: TN219

Detectability of airship infrared detection system to hypersonic vehicle

Funds: 

National High-tech R & D Program of China 

More Information
  • 摘要: 以X-51A为例,研究了飞艇红外探测系统对临近空间高超声速目标的探测性能。首先,根据飞行器的飞行状态和飞行高度建立了临近空间高超声速目标不同波段的红外辐射特性模型,以及随高度变化的目标背景红外辐射强度模型;其次,综合考虑飞行器与飞艇高度、地球曲率及红外辐射在大气中传播的波段选择性等因素,建立了红外辐射在临近空间大气中传播的透过率模型;在此基础上,建立了飞艇红外探测系统对高超声速目标的探测距离模型。通过仿真得到了临近空间高超声速目标在不同飞行状态下3个波段的红外辐射强度随目标飞行高度变化的曲线,以及飞艇红外探测系统对飞行器在不同飞行状态下3个红外辐射波段的探测能力。研究结果表明:飞艇红外探测系统对高超声速目标的有效探测距离可以达到百公里量级;当飞行器飞行状态一定时,随着飞行器飞行高度的增加,系统对目标的探测距离先增大后减小;与长波波段相比,中短波波段的探测距离更大,并给出了临近空间飞艇应尽量布置在海拔高度大于18km的高空中的部署建议。

     

  • 图 1  双斜程示意图

    Figure 1.  Sketch map of double inclined rule

    图 2  飞行器有动力段1~2.5 μm波段红外辐射强度随高度变化图

    Figure 2.  Variation curve of infrared radiation intensity of 1-2.5 μm band vs. height of the hypersonic vehicle when in powered phase

    图 3  飞行器有动力段3~5 μm波段红外辐射强度随高度变化图

    Figure 3.  Variation curve of infrared radiation intensity of 3-5 μm band vs. height of the hypersonic vehicle when in powered phase

    图 4  飞行器有动力段8~14 μm波段红外辐射强度随高度变化图

    Figure 4.  Variation curve of infrared radiation intensity of 8-14 μm band vs. height of the hypersonic vehicle when in powered phase

    图 5  飞行器无动力段1~2.5 μm波段红外辐射强度随高度变化图

    Figure 5.  Variation curve of infrared radiation intensity of 1-2.5 μm band vs. height of the hypersonic vehicle when in unpowered phase

    图 6  飞行器无动力段3~5 μm波段红外辐射强度随高度变化图

    Figure 6.  Variation curve of infrared radiation intensity of 3-5 μm band vs. height of the hypersonic vehicle when in unpowered phase

    图 7  飞行器无动力段8~14 μm波段红外辐射强度随高度变化图

    Figure 7.  Variation curve of infrared radiation intensity of 8-14 μm band vs. height of the hypersonic vehicle when in unpowered phase

    图 8  飞艇红外探测系统对飞行器有动力段1~2.5 μm波段探测能力

    Figure 8.  Detectability of airship infrared detection system to hypersonic vehicle in 1-2.5 μm band when in powered phase

    图 9  飞艇红外探测系统对飞行器有动力段3~5 μm波段探测能力

    Figure 9.  Detectability of airship infrared detection system to hypersonic vehicle in 3-5 μm band when in powered phase

    图 10  飞艇红外探测系统对飞行器有动力段8~14 μm波段探测能力

    Figure 10.  Detectability of airship infrared detection system to hypersonic vehicle in 8-14 μm band when in powered phase

    图 11  飞艇红外探测系统对飞行器无动力段1~2.5 μm波段探测能力

    Figure 11.  Detectability of airship infrared detection system to hypersonic vehicle in 1-2.5 μm band when in unpowered phase

    图 12  飞艇红外探测系统对飞行器无动力段3~5 μm波段探测能力

    Figure 12.  Detectability of airship infrared detection system to hypersonic vehicle in 3-5 μm band when in unpowered phase

    图 13  飞艇红外探测系统对飞行器无动力段8~14 μm波段探测能力

    Figure 13.  Detectability of airship infrared detection system to hypersonic vehicle in 8-14 μm band when in unpowered phase

    表  1  飞艇红外探测系统性能参数设置

    Table  1.   Performance parameter setting of airship infrared detection system

    探测系统参数名 符号/单位 参数数值
    红外探测器入射孔径 D0/m 0.79
    红外探测器焦距 f/m 1 000
    信号衰减因子 δ 0.707
    探测系统的噪声等效带宽 Δf/Hz 短波为20
    中波为100
    长波为1 000
    信噪比 fSNR/mm 5
    红外探测器的单个像元面积 Ad/μm2 900
    红外探测系统比探测率 D*/(W-1·m·Hz1/2) 短波7.5×109
    中波2.61×109
    长波4.63×108
    红外探测系统透射率 τ0 0.9
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    表  2  飞艇红外探测系统对高超声速目标有动力段的最大探测距离

    Table  2.   Maximum detection range of airship infrared detection system to hypersonic vehicle when in powered phase

    波段/μm 飞行器高度/km
    30 40 50 60 70
    1~2.5 1 782 1 890 2 020 1 985 1 979
    3~5 999 1 090 1 179 1 138 1 095
    8~14 349 373 397 392 385
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    表  3  飞艇红外探测系统对高超声速目标无动力段的最大探测距离

    Table  3.   Maximum detection range of airship infrared detection system to hypersonic vehicle when in unpowered phase

    波段/μm 飞行器高度/km
    30 40 50 60 70
    1~2.5 501 711 916 703 489
    3~5 577 699 807 715 601
    8~14 225 254 280 264 241
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-26
  • 修回日期:  2016-05-17
  • 刊出日期:  2016-10-01

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